抗坏血酸单磷酸酯盐的制造方法 本发明涉及一种新的制备L-抗坏血酸2-单磷酸酯的碱金属盐和碱土金属盐的方法，是由L-抗坏血酸盐，L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐和用作碱的碱土金属氢氧化物反应得到的。
众所周知，抗坏血酸(维生素C)及其盐可用作人和动物食品的添加剂。然而，抗坏血酸本身对温度和氧化敏感并且在相当大的程度上，例如在强化鱼饲料的制造和贮存过程中，会分解而导致损失。已知，特别的，抗坏血酸磷酸酯盐是抗坏血酸的一种形式，它可以抗氧化分解和热分解，从而基本上用于鱼饲料的强化。随着比抗坏血酸稳定得多地抗坏血酸磷酸酯盐的应用，几乎完全消除了分解的问题，而具有活性的抗坏血酸可以在宿主体内在磷酸酯酶的作用下释放出来，用于治疗鱼和蟹坏血病。
到目前为止，主要有两个抗坏血酸磷酸化的方法是比较重要的，即用三氯氧磷的磷酸化(如，在欧洲专利公开388,869和582,924及美国专利4,179,445中描述的)和用多磷酸盐，如三偏磷酸钠(Sodium trimetaphosphate)的磷酸化(见，例如美国专利4,647,672和5,110,950)，两种方法都是用L-抗坏血酸盐在碱性条件下进行磷酸化。第一种方法的主要产物是抗坏血酸2-单磷酸酯盐，副产物主要有抗坏血酸3-磷酸酯盐和2-焦磷酸酯盐及双(抗坏血酸)-2，2′-二磷酸酯盐〔见C.H.Lee etal.，Carbohydrate Res.67，127-138(1971)〕。反应产物需要复杂的纯化过程并且无法以一种简单的方式，如全部反应混合物进行喷雾干燥，转变成可以直接出售的产品。由于这些原因，用三氯氧磷的磷酸化方法是一个在经济上和生态学上都缺乏吸引力的方法。另外一个方法，即用多磷酸盐进行磷酸化，基本产物是抗坏血酸2-多磷酸酯盐，例如当使用三偏磷酸钠时主产物就是抗坏血酸2-三磷酸酯盐。抗坏血酸2-多磷酸酯盐可以在过量的碱的条件下降解为单磷酸酯盐。抗坏血酸2-单磷酸酯盐与抗坏血酸2-双磷酸酯盐及更高的磷酸酯盐的比率受所用的碱的用量和其它反应条件的影响。此方法的一个不利之处在于需要使用非常大量的磷酸化试剂，例如每摩尔抗坏血酸至少用1摩尔三偏磷酸钠。此外，当需要产物中含有相对较少的抗坏血酸多磷酸酯盐和较多的抗坏血酸2-单磷酸酯盐时，必须使用大量的碱，如氢氧化钙。因此，产物中含有大量磷酸的无机盐；在干燥的产物中抗坏血酸等价物的百分含量最大为大约25％(重量)。下面所列的反应路线1可对美国专利5,110,950所描述的用于制备单磷酸酯盐的方法作一说明，其中为了清晰和简便起见，使用了抗坏血酸钠盐，三偏磷酸钠(优选的磷酸化试剂)和氢氧化钙(碱)：反应路线1
在这个路线中抗坏血酸盐在总量为2.5摩尔的氢氧化钙的存在下与三偏磷酸钠以1∶1的摩尔比经三步反应得到1摩尔抗坏血酸2-单磷酸酯盐。并由此得到两摩尔磷酸钙钠，在总产物中磷酸钙钠的存在是一个不利因素。
现在已经知道，如果最初生成的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐在特殊的碱性条件下与一个L-抗坏血酸的碱金属盐或碱土金属盐的浓溶液反应，那么用多磷酸盐类的磷酸化试剂，如三偏磷酸钠，也可以主要得到L-抗坏血酸2-单磷酸酯的碱金属盐和碱土金属盐，在反应过程中磷酸根基团
逐个地从多磷酸盐转移到L-抗坏血酸盐上直至多磷酸盐基本上完全反应而只存在L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐。用这种方法，所需的磷酸化试剂和碱的用量可以大幅度降低而已知方法中的主要的不利因素就可以消除了。
本发明涉及如式I所示的L-抗坏血酸2-单磷酸酯的碱金属和碱土金属盐的制备方法，其中每个M+表示一个碱金属离子或等当量的一个碱土金属离子，本方法包括如式II所示的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐：
其中M+含义同上，n表示大于等于2的整数，在碱性条件下与式III所示的L-抗坏血酸的碱金属盐或碱土金属盐反应，
其中M+含义同上
反应在浓的水溶液中进行，可调整分子式III所示的L-抗坏血酸盐和作为碱的碱土金属氢氧化物的用量使反应介质的pH值保持在大约8至11的范围内，磷酸根基团
逐个地从分子式II所示的多磷酸酯盐转移到式III的L-抗坏血酸盐上直至多磷酸酯盐基本上反应完全而只存在分子式I所示的L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐。
在上述定义的范围中以下词语应理解如下：碱金属离子特指钠离子或钾离子，优选钠离子。碱土金属离子特指钙离子或镁离子，优选前者。考虑到碱土金属离子的二价，在这里每处的碱土金属离子都应看作是半个离子，例如，在这个意义上说式I，II或III中的一个钙离子M+应该当作1/2Ca2+。尽管分子式I，II和III中的离子M+可以相同或不同，它们各自的含义取决于用来制备式II所示的多磷酸酯盐的式III所示的L-抗坏血酸盐的性质，还取决于磷酸化试剂和所用的碱的性质，除此之外，离子交换也起一定的作用。在制备多磷酸酯盐时和在本发明采用的制备过程中使用相同的碱比较合适。这可以用一个例子加以说明：当使用L-抗坏血酸的钠盐(式III中M+代表Na+)，使用如下分子式所示的三偏磷酸钠作为磷酸化试剂，
而氢氧化钙〔Ca(OH)2〕作为碱(都是优选的反应物)时，分子式I，II和III可以简单地分别如下图所示：
从这里可以明显地看出n也取决于磷酸化试剂的性质：例如，当三偏磷酸钠用作磷酸化的试剂时，n代表3，用六偏磷酸钠时则n代表6。此外，必须牢记式I或I′所示的产物不可避免地会以L-抗坏血酸2-单磷酸酯的不同的碱金属和碱土金属盐的混合物形式存在，因而不能单纯地用一个分子式I来表示。
下面的反应路线2清楚地介绍了本发明所采用的方法的制造过程，这里为了清晰和简单起见，使用了式III′所示的L-抗坏血酸钠盐，磷酸化试剂为三偏磷酸钠(用于制备式II′所示的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐)而碱为氢氧化钙；从而制得式I′所示的L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐分子：反应路线2
式II所示的L-抗坏血酸2-各磷酸酯盐的制备过程可以预先进行(分别地)或者现制，优选现制。以预先制备或现制的式II所示的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐起始的反应中，分子式III所示的L-抗坏血酸盐与分子式II所示的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐的摩尔比的合适的范围为大约n-1∶1，与这个比率的偏差优选不超过30％左右。
若想预先制备式II所示的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐，可以很方便地采用一种美国专利5,110,950介绍的方法中已被大家所熟知的方式来制备。产物可以分离(蒸发)或立即以水溶液用于下面的反应(与分子式III所示的L-抗坏血酸盐)。预先制备(也可用于现制)的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐的优选磷酸化试剂是三偏磷酸钠，这个磷酸盐分子内(n＝3)有三个磷酸根。
更高的偏磷酸盐，例如上面提到的六偏磷酸钠，或多聚磷酸原则上也可以使用。
对于现制L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐，磷酸化试剂可以方便地加入到L-抗坏血酸盐的浓溶液中。磷酸化试剂，如三偏磷酸钠，可以以水溶液或固体的方式加入，优选后者。碱，如氢氧化钙，也可以方便地单独加入或者与磷酸化试剂混合加入。优选同时加入磷酸化试剂和碱，特优选加入二者的混合物。
在制备L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐时，各个反应物的加料方式特别重要。反应介质中的式III的L-抗坏血酸盐必须始终过量于L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐。为此可以，例如，先制备一个尽可能浓(实际上是饱和的)的L-抗坏血酸盐的水溶液，它可以很方便地由一个抗坏血酸的浓溶液用碱金属氢氧化物，如氢氧化钠处理得到。然后将(预先制备的)L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐或磷酸化试剂(用于现制这种多磷酸酯盐)，如三偏磷酸钠，连同碱，如氢氧化钙加入到L-抗坏血酸盐的浓水溶液中，这个加料过程需持续整个反应历程以便L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐(非必须的是现制的)和L-抗坏血酸盐在过量的碱的条件下立即相互反应。在这里，必须通过加入碱来保持pH值在大约8至11的范围内。由于反应介质需尽量的浓，现制L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐时，磷酸化试剂和碱最好以固体形式加入。pH值可以通过不断地加入适当剂量的碱来调节，即便是加入碱与磷酸化试剂的混合物也是如此，即通过阶段性调整磷酸化试剂与碱的比率来实现。此外，应控制磷酸化试剂和碱的加料速度以防止L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐沉淀；反应应按如下方式进行：多磷酸酯盐进一步与L-抗坏血酸盐尽快地反应生成L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐而少生成多磷酸化的L-抗坏血酸盐，如抗坏血酸2-二磷酸酯盐。为此，在实际操作中，在反应起始阶段应非常快地加入磷酸化试剂而在反应终止阶段非常慢地加入。此外，建议保持反应物充分混合以使加入的固体起始原料能很快地与液体反应介质充分接触。
本发明所采用的制造方法中所用的L-抗坏血酸盐优选碱金属盐，尤其优选钠盐(III＝III′)，因为此类盐有良好的水溶性。例如，可预先通过2-酮-L-古洛糖酸酯的内酯化，如2-酮-L-古洛糖酸甲酯与碳酸氢钠、碳酸钠或氢氧化钠的反应获得抗坏血酸的碱金属盐。每种情况下制得的盐是水溶液，优选在反应温度下接近饱和的溶液。
为控制pH值在大约8至11的范围内，现制L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐时，每摩尔L-抗坏血酸盐加入大约0.5至0.8摩尔碱土金属氢氧化物，优选约0.55至约0.65摩尔。碱土金属氢氧化物优选氢氧化钙。由于碱土金属氢氧化物水溶性不太好，可以加入它在水中的悬浊液。然而，优选加入碱土金属氢氧化物的固体，尤其是，如上所述，加入它与磷酸化试剂(用于现制L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐)的混合物。
要选择磷酸化试剂的用量以使终产物中L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐的最终含量尽可能高，即尽可能地消耗L-抗坏血酸盐。使用三偏磷酸钠时，每摩尔L-抗坏血酸盐使用约0.3至约0.5摩尔，优选约0.35至约0.45摩尔的磷酸化试剂就可以比较满意地达到上述要求。
本发明采用的方法反应温度控制在约20至约80℃比较适宜，优选约40至约60℃。一般来说，反应过程中温度会逐渐升高，例如从最初的约40℃升至反应终止时的大约60至70℃。反应完毕后最好降温以停止反应。
反应过程中pH值优选在约9至约10的范围内。pH值太低则反应太慢。pH值太高也不利于反应。pH值最好不高于10，在任何情况下不要高于11左右，因为L-抗坏血酸盐在强碱条件下稳定性较低且也会生成更多的磷酸无机盐。pH值过高时，L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐和少量的磷酸化的L-抗坏血酸盐，如L-抗坏血酸2-双磷酸酯盐会在碱的作用下裂解掉磷酸基团而转化成L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐而不与L-抗坏血酸盐反应；从而会增加产物中无机盐的含量，这显然是不利的。
为获得式I的L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐的满意产率所需的反应时间取决于各个因素，尤其是反应温度、pH值、反应混合物中水的含量以及搅拌的剧烈程度。一般来说，优选非常缓慢地加入L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐或者现制而不要快速加入。如果pH值和温度不很高且不存在过量的氧，反应时间稍长也不会有不利的影响。通常的反应时间约为1至4小时，优选大约11/2至约21/2小时。
反应完毕后得到的混合物需冷却至，如约30至40℃，然后用水稀释至其粘度适于喷雾干燥，如100mPa左右，最后进行喷雾干燥。喷雾干燥时，实际上没有副产物生成，而副产物是必须随后就处理掉的。本发明采用的制造方法优点在于可以在相当大的程度上避免生成副产物且式I的所要得到的L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐含量较高(收率高)。用这种方法在喷雾干燥时原材料和能源的消耗可以降到最低。
以下实施例阐述了本发明采用的制造方法，其中除实施例2以外，其它每例中L-抗坏血酸2-单磷酸酯盐和2-多磷酸酯盐的用量与L-抗坏血酸等当量：
实施例1
L-抗坏血酸2-三磷酸酯盐(所用的以此命名的混合物中的主要成分)与抗坏血酸钠的反应。
在氮气保护下于60℃边搅拌边向装有50毫升水的750毫升双夹套反应器中加入67.3克(340毫摩尔)抗坏血酸钠盐并最大限度地溶解。用3.7克氢氧化钙调pH值至9.5。在2小时内分批加入87克L-抗坏血酸2-三磷酸酯盐(HPLC分析：4.3％抗坏血酸，0.5％ L-抗坏血酸为2-单磷酸酯盐，1.4％为2-双磷酸酯盐及21.1％为2-三磷酸酯盐)，前一个小时内加入58克，后一个小时内加入29克。加入33.9克氢氧化钙调pH值至9.5。加入足够的水(总量50克)以使悬浊液搅拌良好。反应完毕后进行蒸发干燥(水含量10.5％)。对干燥产物的HPLC分析表明有10.9％(剩余的，未磷酸化的)L-抗坏血酸，34.5％的L-抗坏血酸为2-单磷酸酯盐及0.6％L-抗坏血酸为2-双磷酸酯盐。未检测到L-抗坏血酸2-三磷酸酯盐。
实施例2
a)预先制备L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐溶液
将500毫升双夹套反应器中的150毫升水冷至0℃，搅拌下加入114.44克三偏磷酸钠。用熟石灰(20％氢氧化钙水悬浊液)调pH值至11即得三偏磷酸钠溶液。
将67.32克抗坏血酸钠溶于150毫升水，用熟石灰调pH值至11。将溶液冷至0℃即得抗坏血酸钠溶液。
将抗坏血酸钠溶液快速加入到三偏磷酸钠溶液中。2小时内温度升至30℃。用熟石灰调pH至11。2小时后冷至0℃即得L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐溶液。
b)L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐与抗坏血酸钠反应
在氮气保护的500毫升双夹套反应器中在60℃于搅拌下将134.64克抗坏血酸钠溶于100毫升水中。用熟石灰调pH值至10.5。在1小时内加入一半L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐溶液然后在2小时内加入另一半。用熟石灰调pH值至10.5。在后面的2小时内减压蒸除水。反应完毕后用硫酸中和反应液至pH7，然后用300毫升水稀释。HPLC分析表明L-抗坏血酸有如下分布：14.3％未磷酸化，76.2％为单磷酸酯盐，7.6％为双磷酸酯盐，＜1％为三磷酸酯盐及＜2％为加入的L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐。
实施例3
现制L-抗坏血酸2-多磷酸酯盐以及它与抗坏血酸钠的反应
于500毫升双夹套反应器中加入100克水后抽真空。再充入氮气并加入176克(1摩尔)抗坏血酸。在减压条件下边搅拌边加入141.6克28％氢氧化钠溶液中和抗坏血酸。充入氮气后将温度调至50℃。在氮气保护下于2小时内加入142.8克(0.467摩尔)三偏磷酸钠与51.9克(0.7摩尔)氢氧化钙的混合物。反应起始阶段应快速加入而在反应终止阶段应缓慢加入。反应混合物搅拌60分钟，用5.2克98％硫酸中和后用300克水稀释。从反应混合物中取出一个等分试样(约10毫升)进行减压蒸发干燥。HPLC分析表明含有1.3％ L-抗坏血酸，34.3％ L-抗坏血酸为2-单磷酸酯盐而3.5％为2-双磷酸酯盐，磷酸化抗坏血酸总量为42％。
实施例4-7
这些实施例与实施例3相似，但反应条件不同。在实际操作中三偏磷酸钠的用量逐渐减少。所得结果编入下表。
表实施例 4 5 6 7水(g)ASC(g)NaOH 28％(g)STMP(g)Ca(OH)2(g)H2SO4(g)Water(g)反应溶液(g) 50 50 50 50 176 176 176 176 163.5 166 163.5 163.5 132.6 112.2 102 91.8 37 37 37 33.3 4 8.8 104 8.9 200 200 200 200 763.1 750 738.9 723.5温度(℃)NaASC溶液的pH值加入STMP/Ca(OH)2时间进一步搅拌时间 40-60 40 40-60 40-60 9.9 10 10 10 2h 4h 2h 2h 0.25h 1h 0.25h 0.25hHPLC分析(ASC抗坏血酸等当量ASC(％)ASC单磷酸酯盐(％)ASC二磷酸酯盐(％)ASC磷酸酯盐总量(％)ASC总量(％) 5 7.1 8.7 11.4 31.6 37.9 39.4 38.1 6.2 2.5 1.2 0.9 39.3 41.5 41.6 39.6 44.3 48.6 50.3 51ASC＝ L-抗坏血酸STMP＝ 三偏磷酸钠NaASC＝抗坏血酸钠盐
实施例8
产物的流化床干燥
750毫升双夹套反应器中加入165克水后抽真空。再充入氮气并加入176克(1摩尔)抗坏血酸。于搅拌下加入88.4克50％氢氧化钠溶液。pH值为9.1。将温度调至40℃后在氮气保护下于2小时内匀速加入132.6克(0.433摩尔)三偏磷酸钠和44.45克(0.6摩尔)氢氧化钙的混合物，反应器内温升至60℃。混合物搅拌30分钟后冷至40℃再用200克水稀释。然后减压蒸发反应混合物。所得固体产物研磨后用10米3热空气在100℃进行流化床干燥30分钟。得到364克米色粉末，其中残余水分6.3％。HPLC分析表明含有3％ L-抗坏血酸，33.2％ L-抗坏血酸为2-单磷酸酯盐而3.8％为2-双磷酸酯盐，磷酸化抗坏血酸总量为37.6％。
实施例9
产物的喷雾干燥
500毫升双夹套反应器中加入100克水后抽真空。再充入氮气并加入176克(1摩尔)抗坏血酸。在减压下边搅拌边加入142.8克28％氢氧化钠流液中和抗坏血酸。加入18.6克氢氧化钙调节pH值10。充入氮气后调节温度至40℃。在氮气保护下于4小时内加入一个132.6克(0.433摩尔)三偏磷酸钠和48.2克(0.65摩尔)氢氧化钙的混合物。反应混合物搅拌90分钟后用7.1克98％硫酸中和，再加300克水稀释。全部反应混合物在一个实验室喷雾塔内喷雾干燥。HPLC分析表明粉末中含有3.7％ L-抗坏血酸，38％为2-单磷酸酯盐的L-抗坏血酸，2.8％为2-二磷酸酯盐，磷酸化抗坏血酸总量为46.9％。
实施例10
使用由2-酮-L-古洛糖酸甲酯内酯化制得的抗坏血酸钠盐
将208.4克2-酮-L-古洛糖酸甲酯溶于500克甲醇中并在搅拌下加热至沸。在2小时内加入52克碳酸钠。此时，pH值为8。混合物搅拌30分钟后冷至40℃，滤出抗坏血酸钠沉淀并用100克甲醇洗涤。将潮湿的抗坏血酸钠盐在减压下于40℃在干燥箱中干燥。即得约198.1克抗坏血酸钠粗品，其中约含94％的纯抗坏血酸钠。
在40℃向装有230克水的500毫升双夹套反应器中加入198.1克粗抗坏血酸钠并溶解。在2小时内温度升至60℃，加入132.6克(0.433摩尔)三偏磷酸钠和44.45克(0.6摩尔)氢氧化钙的混合物。混合物搅拌30分钟后冷至40℃再用200克水稀释。全部反应混合物尽可能快地用旋转蒸发器在浴温60℃减压蒸发，残余物用研钵研磨后在干燥箱中于60℃减压干燥(产量375.8克)。含水量为6.7％。HPLC分析表明粉末中含有3.7％L-抗坏血酸，31.0％为L-抗坏血酸的2-单磷酸酯盐，3.6％为2-二磷酸酯盐，1.9％为2-三磷酸盐。
实施例11
使用由2-酮-L-古洛糖酸甲酯内酯化制备且未分离的抗坏血酸钠盐
将208.4克2-酮-L-古洛糖酸甲酯溶于500克甲醇中后在搅拌下加热至沸。在2小时内加入52克碳酸钠，在此过程中pH值一定不要超过8。混合物再搅拌30分钟，用230克水稀释后用一根维格罗分馏柱(vigrewxcolumn)蒸除大部分甲醇。残余物(439克)冷至40℃。在氮气保护下于2小时内温度从40℃升至60℃，加入132.6克三偏磷酸钠和44.45克氢氧化钙的混合物。混合物再搅拌30分钟。全部反应混合物尽可能快地在浴温60℃减压蒸发，残余物用研钵研磨后在干燥箱中于60℃减压干燥(产量388克)。含水量为9％。HPLC分析表明粉末中含有3.6％的L-抗坏血酸，30.2％为L-抗坏血酸的单磷酸酯盐，4.9％ 2-二磷酸酯盐，0.9％为2-三磷酸盐。
实施例12
使用氢氧化钾作为碱
750毫升双夹套反应器中加入175.6克水后抽真空。再充入氮气并加入176克(1摩尔)抗坏血酸。在减压条件下边搅拌边加入113.2克55.9％氢氧化钾溶液中和抗坏血酸。再充入氮气然后调节温度至40℃。在氮气保护下于2小时内温度从40℃升至60℃。加入132.6克(0.433摩尔)三偏磷酸钠和48.2克(0.65摩尔)氢氧化钙的混合物。混合物再搅拌15分钟后用200克水稀释。全部反应混合物尽可能快地在浴温60℃减压蒸发，残余物用研钵研磨后在干燥箱中于60℃减压干燥(产量391.7克)。含水量为5％。HPLC分析表明粉末中含有4.7％的L-抗坏血酸，32.5％为L-抗坏血酸的单磷酸酯盐，3.9％为2-二磷酸酯盐，1.1％为2-三磷酸酯盐。